יציבה נכונה | New-Tech OnLine

זה לא סוד שמדענים רבים משתמשים בטבע כמקור השראה למחקרים פורצי דרך. התחקות אחרי מנגנונים ביו מכאניים של בעלי חיים מאפשרים לחוקרים לבנות מודלים ממוחשבים שמתורגמים אחר כך לפיתוחים מכאניים. את בעיית יציבות התנועה של רובוטים על גבי משטחים חלקים ניסתה קבוצת מדענים מאסטוניה בעזרת כף הרגל של האייל הקורא – MOOSE, שנחשבת לאייל הכבד ביותר בטבע ועדיין בעלת יכולת תנועה מהירה במשטחים בוציים.

האם רובוטים יצליחו לנוע בעתיד על משטחים חלקים ובוציים טוב יותר מבני אדם? על השאלה הזו ניסו מדענים לענות במחקר שנערך במחלקה לביו – רובוטיקה באוניברסיטת טאלין TalTech באסטוניה. המחקר התמקד בחיקוי המנגנון הביומכני של כף הרגל של אייל קורא – moose. בעל החיים הזה יכול לנוע על משטחים חלקים או בוציים כאשר הוא שומר על רצף תנועה ויציבות. המנגנון הייחודי שלו הפרסה שלו מאפשרת לו גם לרוץ למרחקים קצרים. בנוסף לכך האייל הקורא נע בקלות על פני משטחים מושלגים, מקום המחיה הטבעי שלו.

“משטחים בוציים או רטובים נחשבים למורכבים ביותר עבור מערכות רובוטיות”, אומרת פרופסור מראג’ה קרוסמה, מומחית לביו – רובוטיקה מאוניברסיטת טאלין בראיון שהתפרסם במגזין Tech Xplore. “המשמעות של הקושי הזה היא שרוב המערכות הרובוטיות לא תוכלנה לפעול באזורים רבים שבהן יהיה צורך, כמו למשל ביצות, שפכי נהרות ושדות חרושים או מוצפים”. הכוונה הראשונית היא ליצור לרובוט אפשרות תנועה לצרכי מחקר ובהמשך לנסות ולהתאים את היכולות הללו גם לפעולות מורכבות יותר כמו למשל חילוץ והצלה במקומות שבהן הנגישות לכוחות ההצלה מוגבלת או איטית מדי.

סיימון גודון הוא דוקטורנט ב TalTech ושותף מחקר בפרויקט הזה. גודון, מהנדס מכונות בהכשרתו, מתמחה במחקר ביו מכניקה של בעלי חיים והטמעת הידע הזה ברובוטים. חלק ניכר מהניסיון המעשי שלו הוא מילדותו בצרפת שם ערך תצפיות על בקר בחווה של ההורים שלו. גודון פיתח את הפרסות המלאכותיות על סמך ידע שנצבר מתצפיות על תנועת פרסות טבעיות. בבחינה ממוחשבת של הפרסות הטבעיות התברר שבזמן כניסה ויציאה של כף הרגל באדמה בוצית, הפרסות מתכווצות או מתרחבות, ובכך שטח המגע שלהן עם הקרקע משתנה בהתאם. הנתון הזה היה התגלית שהביאה לפריצת הדרך. הפעולה הזו של התכווצות והתרחבות משוטח המגע של בעל החיים משנה את עוצמת היניקה בזמן התנועה של משיכת הרגל כלפי מעלה. “גילינו שהפרסה של האייל מתנהגת בדומה לכוס או כרית יניקה. כך למשל כאשר אתה מחדיר ציפורן כף יד מתחת למשטח היניקה אתה למעשה מחדיר אליו אוויר ושובר את כוח היניקה. זה דומה למשטחי יניקה שאנחנו משתמשים בהם במקלחות. התנועה של הפרסה הטבעית בהתכווצות, משחררת למעשה את האוויר הכלוא, וכך התנועה חלקה יותר”, מסביר גודון. היכולת הזו “לצאת מהר” מסביבה בוצית מאפשרת לאייל ניצול מקסימלי של האנרגיה שהוא מפעיל בתנועת הרגל, ומונעת סכנות כמו התבססות בבוץ ושקיעה בו שיכולה להביא למותו.

אחרי שזיהו את המנגנון המכני הטבעי שמאפשר את היכולת הזו לנוע מהר על משטחים חלקים ורטובים, בנו החוקרים דגם ראשוני של פרסה מסיליקון. בניסוי המעבדה התברר כי הפרסה המלאכותית מצליחה להוריד ב 50 אחוז את עוצמת היניקה בהשוואה לפרסה הטבעית. היכולת הזו להקטין את עוצמת היניקה נבחנה בהמשך גם בביצועי הרובוט והצביעה על חסכון של 70 אחוז בתצרוכת האנרגיה הכללית של המערכת. “אנחנו מעריכים שאת הפיתוח הזה ניתן להעתיק גם למשטחים אחרים לא יציבים כמו חול או משטחים מרובי מכשולים. ניתן היה לראות הפרסה המלאכותית משפרת באופן ניכר את היציבה הכללית של הרובוט, כך שלמעשה ניתן להלביש לו בכל פעם “נעל מותאמת” מבחינת גודל הפרסה שתשפר את הביצועים שלו”, אומרת פרופסור קרוסמה. בניסויי השטח נוסו המערכות הרובוטיות במים רדודים עם קרקע בוצית, ביערות עם קרקע טחובה ולא ישרה ובחול ים רך. בכולם הביצועים היו משופרים משמעותית בהשוואה לתנועה ללא הפרסות. המחקר כרגע נמשך בכדי לנסות לאתר “באגים” במערכת שיכולים להשפיע על רציפות התנועה של הרובוט. על פי הפרסום במגזין Tech Xplore עד כה לא נמצאו כאלה.

אייל קורא – MOOSE

אייל קורא ובשמו המדעי – Alces alces הוא יונק שחי בסביבה קרה בצפון אמריקה, צפון אירופה ורוסיה. הוא נחשב לגדול ביותר מבין האיילים החיים ומשקל הגוף שלו יכול להגיע עד ליותר מ 600 ק”ג, מכאן גם נובעת הייחודיות של התנועה שלו על פני משטחים בוציים. הזכרים מגדלים קרניים שיכולים להגיע לרוחב של יותר משני מטרים ומשקלן לבד יכול להגיע ל 36 ק”ג. במהלך החורף הקרניים של הזכרים נושרות וגדלות מחדש לקראת האביב. בכל שנה בהתאם לגיל, הקרניים הופכות גם מסועפות יותר. השם MOOSE שהשתרש בעולם מגיע מהכינוי האינדיאני שלו שפירושו “אוכל ענפים”. השם העברי ניתן לו על סמך הקולות החזקים שמשמיע הזכר בעונת הרבייה. הפרסות האחוריות של האייל הקורא גדולות יותר מאלה הקדמיות, וזה מאפשר לו את יכולת הניתור קדימה ממשטחים חלקים ובוציים.